Atomic与Volatile对比
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Atomic与Volatile对比
SuShine 发表于8个月前
Atomic与Volatile对比
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java.util.concurrent.atomic.Atomic*原子类和volatile关键字是java中两种常见的处理多线程下数据共享读写的机制。二者看似相同,但是在实际应用中有着不小的差别。

volatile关键字是通过本地代码实现的写锁,只保证知有一个线程在写某个数据。JVM为了提高数据存取的速度,允许每个线程在自己独立的数据块,对进程中共享的数据进行私有拷贝。volatile就是保证每次读数据时,读的都是存在共享数据块里的数据,而不是私有拷贝。然而,这种机制在有些情况下并不安全。当两个线程T1,T2同时对volatitle int i;作i++;时,可能出现问题。i++相当于为i=i+1。

T1 LOAD i

T2 LOAD i

T1 STORE i+1

T2 STORE i+1

这里应该执行两次i=i+1,得到i=i+2的,但是结果确实i=i+1。

因此,这边就有了Atomic原子类存在的价值了。Atomic类被设计通过代码来解决这个问题, 是volatile的增强版。

以AtomicInteger为例,public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable。

它的父类Number没有一个Field,直接继承与Object,方法也只有abstract的int intValue(),long longValue(),float floatValue(),double doubleValue(),和通过intValue()实现的byte byteValue(),short shortValue()。简单的说,除了序列化外啥field都没有都没有。

AtomicInteger有四个field,除了序列化那个无视掉外,还剩三个。

    // setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates

    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();

    private static final long valueOffset;

    static {

      try {

        valueOffset = unsafe.objectFieldOffset

            (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));

      } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }

    }

    private volatile int value;

valueOffset只在这个静态块里被写过,从函数命名上猜测应该是获取这个类中名为value的field到这个object的头指针的偏移(offset)。这边用到了unsafe。

Unsafe是干什么的?sun.misc.Unsafe,未开源。这个名字让我想起了C#里的关键字unsafe。C#为了方便C++程序员转C#,方便使用COM组件,给出了不安全代码unsafe关键字。Java这个Unsafe,能的到一个field距离它Object头的偏移,对Java来说显然是不安全的操作,他给用户直接操作内存的可能。

除了objectFieldOffset(Field)外,这个类中还使用到Unsafe的putOrderedInt(Object,long,int)和compareAndSwapInt(Object,long,int,int)。从方法名和参数看,功能分别为向Object偏移long位置,写入有序整型int,和比较两值是否相同,并填入新值。

这边有篇IBM关于compareAndSwapInt的文档,我写得差不多了才看到,怨念。。。http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp11234/

顺带说一句,调用到compareAndSwapInt的两个方法compareAndSet和weakCompareAndSet的在1.6里源码是一样的,样的,的。。。冗余代码很好玩吗,API上写得各种看不懂。。。

剩下一个field就是private volatile int value了。也用了volatitle,由此可以得出,Atomic类在效率上是低于直接用volatitle,能使用volatitle是,就别用Atomic了。

然后看看AtomicInteger的method吧

从Number父类继承来的那几个可以看作getter函数的value类,清一色的调用了get()方法,然后转了一下类型。

 

    public final int get() {

        return value;

    }

直接把value扔回去了,可见Atomic类在处理读操作时和volatitle没啥区别。

看上去像setter函数的一共有五个:

 

    public final void set(int newValue) {

            value = newValue;

    }

     public final void lazySet(int newValue) {

              unsafe.putOrderedInt(this, valueOffset, newValue);

    }

    public final int getAndSet(int newValue) {

        for (;;) {

            int current = get();

            if (compareAndSet(current, newValue))

                return current;

        }

    }

    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {

‍               return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);

    }

    public final boolean weakCompareAndSet(int expect, int update) {

              return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);

    }

weakCompareAndSet和compareAndSet实现上没有区别,所以无视掉吧,反正AtomicInteger自己也只用compareAndSet。。。

set(int)和直接用volatitle没啥区别,所以只用set作写差不多就和完全没有用到Atomic类一样,还多调用一次函数。

lazySet(int)调用了Unsafe.putOrderedInt,我们只能猜测是直接给内存把个数字写上去的。这样的话其实。。。我也没觉得有啥区别,就是告诉大家一下,你用Unsafe可以把Java当C++写嘛。。。

getAndSet(int)调用了compareAndSet(int,int),所作的基本就是不停的刷,看看自己改成了没有,改成了救过,没改成继续改。这边要出现两个线程不停对改怎么办。。。

最后一个compareAndSet(int,int)才是实现Atomic类功能的地方。就是比一下预想的和实际的是不是一样,一样就就用新值盖掉他,不一样就返回个false。怎么用呢,看看其他函数就是到了。

对比getAndIncrement()和incrementAndGet()

    public final int getAndIncrement() {

        for (;;) {

            int current = get();

            int next = current + 1;

            if (compareAndSet(current, next))

                return current;

        }

    }

 

    public final int incrementAndGet() {

        for (;;) {

            int current = get();

            int next = current + 1;

            if (compareAndSet(current, next))

                return next;

        }

    }

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SuShine
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